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플라즈마는 바이오, 재료처리, 반도체 산업, 환경 분야 등 여러 산업 응용분야에서 매우 중요한 역할을 차지하고 있다. 최근 들어, 산업 발전과 인구 증가로 인하여 환경에 대한 이슈가 매우 심각하게 대두되고 있는 추세이다. 특히, 지구온난화 문제와 해양 생태계의 오염은 미래 세대를 위해 전세계적으로 함께 해결해나가야 할 큰 문제이며, 이미 모든 나라가 직면해 있는 것이 현실이다.
그 동안 다양한 물리적 그리고 화학적 방법을 통한 수질 정화가 이루어져왔다. 하지만, 이차오염부산물 발생이나 기술적 한계로 인하여 대용량의 물을 경제적으로 처리하기 어려운 상황이다. 대안책으로 많은 연구자들이 수중 플라즈마에 관심을 가지고 연구를 하고 있다. 수중 플라즈마는 자외선, 충격파, 활성종 그리고 높은 ...

플라즈마는 바이오, 재료처리, 반도체 산업, 환경 분야 등 여러 산업 응용분야에서 매우 중요한 역할을 차지하고 있다. 최근 들어, 산업 발전과 인구 증가로 인하여 환경에 대한 이슈가 매우 심각하게 대두되고 있는 추세이다. 특히, 지구온난화 문제와 해양 생태계의 오염은 미래 세대를 위해 전세계적으로 함께 해결해나가야 할 큰 문제이며, 이미 모든 나라가 직면해 있는 것이 현실이다.
그 동안 다양한 물리적 그리고 화학적 방법을 통한 수질 정화가 이루어져왔다. 하지만, 이차오염부산물 발생이나 기술적 한계로 인하여 대용량의 물을 경제적으로 처리하기 어려운 상황이다. 대안책으로 많은 연구자들이 수중 플라즈마에 관심을 가지고 연구를 하고 있다. 수중 플라즈마는 자외선, 충격파, 활성종 그리고 높은 전기장을 바탕으로 물을 살균하거나 고도 정화할 수 있는 가능성을 가지고 있었다. 기존 수중 플라즈마 기술은 일반적으로 높은 전기장을 물에 인가하여 발열시키거나 공동현상을 이용해 버블을 생성하고, 생성된 버블이 절연파괴되면서 플라즈마가 생성되는 메커니즘을 가진다. 하지만, 고가의 펄스 발생 장치가 요구되며, 전극의 구조 상 국부적인 영역의 처리만이 가능하였다. 또한, 버블 생성을 위한 발열 과정에서 물이 가열되어 수온이 증가하는 단점이 존재하였다.
대기압 저온 플라즈마는 다량의 활성종을 생성할 수 있으면서 가스 온도가 상온을 유지할 수 있어 수중에서 발생시킬 경우 수질 정화에 매우 적합하다. 또한 심플한 구조와 저가의 전원장치로 운영이 가능하여 대용량 수질 정화에 효과적일 수 있다. 본 논문에서는 수질 환경에 대한 이슈와 문제점 그리고 이를 극복하기 위한 솔루션을 대기압 저온 플라즈마 발생원을 이용하여 제안하였다. 최종적으로 산업에 응용될 수 있도록 대용량의 물을 저전력으로 처리할 수 있도록 초점을 두었다.
2장에서는 저온 플라즈마 소스 중 플라즈마 젯의 특성 연구 및 살균 실험을 수행하였다. 다량의 활성종이 Air와 N2 가스 방전을 통해 생성되는 것을 확인하였으며, 이들이 물 속에서 어떤 메커니즘으로 수처리에 도움이 되는 지 분석하였다.
3장에서는 플라즈마 젯의 구조를 향상시켜, 밀도를 높이고 활성종의 농도를 증가시킬 수 있도록 하였다. 기존의 플라즈마 젯과의 특성 비교 연구를 통해 수처리 효율을 비교하였다. 또한, 물의 pH가 미생물 살균에 미치는 영향에 대하여 분석하였다.
4장에서는 폐수에 존재하는 유기물을 제거하기 위한 방법으로 유전체 장벽 방전 (DBD)를 제안하였다. 물을 그라운드 전극으로 하여, 냉각 효율을 높이고 오존의 발생량은 증가시킬 수 있는 구조를 개발하였다. 오존 발생을 위한 최적 조건을 분석하였으며, 이를 통해 대표적 폐수 미생물을 살균하여 결과를 제시하였다.
5장에서는 비대칭의 전극 구조를 가지는 multi-hole DBD를 개발하여 고도 수질 정화 방법으로 제안하였다. 폐수 내에 설치되어 냉각 효율을 높이면서 직접적으로 생성된 활성종을 주입할 수 있어, 일반적인 유전체 장벽 방전과 차이가 있다. 또한, 플라즈마 젯이 물과 반응하여 고도 산화 물질을 생성하는 장점이 존재한다.
6장에서는 최종적으로 개발된 multi-hole DBD를 이용한 폐수 정화 응용 실험에 대하여 정리하였다. 기계 산업에서 문제가 되고 있는 수용성 절삭유를 처리하여, 미생물 살균, 악취, 탁도 등의 지표에 개선 효과를 확인하였다. 또한, 김 폐수 공장에서 발생되는 고농도의 BOD, COD를 가지는 김 세척 폐수를 처리하여, BOD, COD, 탁도 그리고 미생물 정화 효과를 분석하였다.

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